產(chǎn)品造型設計層面的3D技術探究

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摘要：由于3d打印技術具備十分強大的功能特點與優(yōu)勢，目前已經(jīng)被廣泛應用到了人類社會的各個領域之中，在對傳統(tǒng)制造行業(yè)造成巨大沖擊的同時，也帶動起了一大批新興行業(yè)。本文分析了目前3D打印技術在產(chǎn)品設計、機械制造、及個性化產(chǎn)品制造等方面的應用情況，闡述了3D打印對產(chǎn)品造型與結(jié)構(gòu)設計的影響，并最終指出了這一技術所具備的優(yōu)勢。

關鍵詞：3D打??；產(chǎn)品設計；應用途徑；技術優(yōu)勢

隨著當今科技水平的不斷提升，3D打印技術也取得了巨大的發(fā)展與進步，并且已經(jīng)被廣泛應用到了人類社會生活中的多個領域。尤其是在產(chǎn)品設計領域有著十分巨大的市場前景。作為一種新型的工業(yè)技術手段，3D打印技術極大推動了制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，同時這一技術也是當今工業(yè)革命的一項主流發(fā)展趨勢。隨著相關技術手段的逐漸成熟，3D打印也將得到更加廣泛的市場應用，對人們的日常生活將會帶來翻天覆地的重大影響。本文將重點針對3D打印技術在產(chǎn)品設計領域應用情況展開探究。

一、3D打印技術的應用途徑

與以往所采用的制造工藝相比，3D打印技術具有極其強大的技術優(yōu)勢，可十分便捷地做到傳統(tǒng)生產(chǎn)技術所難以達到的組織結(jié)構(gòu)與外觀制造，并且整個實現(xiàn)過程簡便易行，完全不會新增額外的成本費用，且可實現(xiàn)一次成型無需進行組裝處理，相關的生產(chǎn)人員也不用具備豐富的制造專業(yè)能力與經(jīng)驗。而且隨著這一項技術手段的不斷完善，其設計應用將會得到越來越廣泛的普及。

（一）產(chǎn)品造型設計

由于3D打印技術從產(chǎn)品設計到生產(chǎn)一整個過程中具備極高的契合度，因此這一項技術在產(chǎn)品設計方面應用極其廣泛。在開展產(chǎn)品設計工作時，相關的設計人員大都會在紙面上完成設計工作，而后再進一步開展產(chǎn)品模型制造工作，然而受制于以往常規(guī)生產(chǎn)材料的性能制約，單就模型制作的過程就需耗費大量的時間，且精度水平還無法保證。而通過應用3D打印技術則可使這一問題迎刃而解，相關的設計人員僅需利用3D模擬軟件進行模型搭建，而后便可直接打印生產(chǎn)，設計過程的耗時將會大大縮短，精度水平也能夠得到有效保障。從設計到生產(chǎn)的一次成型，能夠大幅度降低額外的人力及物力成本支出，且不會導致材料的浪費，能夠最大程度地保障對生產(chǎn)材料的充分利用。并且在生產(chǎn)階段中，應用3D打印技術能夠?qū)崿F(xiàn)更加準確且高效的產(chǎn)品生產(chǎn)，同時在縮短產(chǎn)品研發(fā)周期與費用方面優(yōu)勢顯著，對于企業(yè)而言，這也是迅速搶占市場份額的核心關鍵。

（二）機械制造設計

3D打印技術最為突出的一項技術性優(yōu)勢即一體化成型制造，省去了產(chǎn)品部件的組裝拼接環(huán)節(jié)，這一項重大突破也將促使3D打印技術得到更加廣泛的應用。應用3D打印技術所生產(chǎn)出的產(chǎn)品往往分割部件相對較少，大多都具有較高的一體化程度，而且即便是分成了多個部件，其彼此之間的關聯(lián)水平依然很高。由于3D打印技術實現(xiàn)了整體化程度更高的機械產(chǎn)品制造，突破了傳統(tǒng)工藝所面臨著的諸多限制，導致產(chǎn)品在設計制作過程中必須重新考慮原有的產(chǎn)品銜接與各零部件尺寸、形狀等問題。考慮到機械制造與工業(yè)領域內(nèi)的規(guī)模化生產(chǎn)較為接近，因此針對需求總量較小且精度水平較高的需求，便需用到3D打印技術，如針對單一類型的金屬零部件與產(chǎn)品配件生產(chǎn)。針對部分相對較為復雜、總體數(shù)量上無過多需求，但有較高精度需求的機械產(chǎn)品，可利用3D打印技術的優(yōu)勢來生產(chǎn)。

（三）個性化產(chǎn)品制造

3D打印技術以其特有的優(yōu)勢性能也衍生出了一些新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，例如在個性化產(chǎn)品生產(chǎn)領域，由于3D打印技術能夠?qū)崿F(xiàn)對十分復雜結(jié)構(gòu)的精準制造，因此也為更富創(chuàng)意的設計理念實現(xiàn)提供了新的可能性，可直接擺脫傳統(tǒng)生產(chǎn)制造技術的限制。相關的設計人員可利用計算機設備上的模擬軟件來進行各種個性化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計，大大降低了產(chǎn)品設計的門檻，只要擁有一臺電腦并安裝相應的設計軟件，人人都可成為設計師，所設計出的產(chǎn)品模型只需通過與3D打印設備連接便可生產(chǎn)出來，這也是目前3D打印技術發(fā)展的主要方向。

二、3D打印對產(chǎn)品造型與結(jié)構(gòu)設計理念的影響

（一）對產(chǎn)品造型設計的影響

相關的工業(yè)產(chǎn)品設計人員在開展造型設計之時，應當充分應用目前已具備的各種新型工藝技術、新材料以及人文思想來打破傳統(tǒng)觀念，不斷做出創(chuàng)新式的產(chǎn)品造型設計。特別是隨著目前3D打印技術的快速發(fā)展，生產(chǎn)工藝已經(jīng)不再會對設計人員的想象力產(chǎn)生限制，從理論上來說，無論多么復雜的結(jié)構(gòu)，通過3D打印技術都可被制造出來，且其精度水平也完全符合設計標準。設計人員可借助對產(chǎn)品形態(tài)與功能的發(fā)展創(chuàng)新，來賦予產(chǎn)品造型更加特殊的意蘊內(nèi)涵。與此同時，相應的產(chǎn)品設計工作也將具有更加豐富、多元的發(fā)展趨勢，產(chǎn)品造型將會更加側(cè)重于藝術審美，這同時也將會對社會公眾審美水平的提升產(chǎn)生巨大的促進作用。

（二）對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的影響

3D打印技術最為突出的一項特征即為能夠?qū)崿F(xiàn)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一次成型，且不會有任何的銜接痕跡出現(xiàn)，無論是多么復雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，都無需再組裝或開模，并且一次成型。相較于傳統(tǒng)的銜接方式，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也將會有大幅度的提升。以人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會用到的鎖鏈為例，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，通常是將兩根直條材料彎折成閉合的“0”型，并使之互相嵌套，而后將銜接部位焊接處理。采取這樣一種傳統(tǒng)制造工藝不但操作麻煩，且費時費力，同時焊接部位也容易出現(xiàn)開裂情況。而反觀應用3D打印技術所制造的鎖鏈，可實現(xiàn)一次成型，不僅制造過程簡單高效，而且無需進行組裝，完全沒有焊接部位，整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固、可靠。

三、3D打印的技術優(yōu)勢

（一）拓寬設計思維

3D打印技術具有一體化成型特征，這也促使一些復雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的生產(chǎn)變成了現(xiàn)實，而且在實際生產(chǎn)過程中操作起來也十分方便，設計人員僅需利用計算機設備中所安裝的產(chǎn)品設計軟件對產(chǎn)品進行設計便可制作出產(chǎn)品模型，而后導出STL格式文件，利用打印機進行生產(chǎn)即可。通過3D打印技術所生產(chǎn)出的產(chǎn)品是通過打印材料三角形堆積所形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其三角面積越小，生產(chǎn)出產(chǎn)品也就會越精密。即便是高度復雜的結(jié)構(gòu)也能夠通過十分簡單的方式來生產(chǎn)，打破了生產(chǎn)條件的局限，設計人員的設計思維也將得到拓寬，這一點是傳統(tǒng)產(chǎn)品制造方式所難以實現(xiàn)的。

（二）縮短產(chǎn)品周期

隨著目前人們消費能力的不斷增強，對于產(chǎn)品的更新需求速度也在不斷加快，要想有效適應急劇加快的市場變化，產(chǎn)品生產(chǎn)模式也應做出相應的調(diào)整。在以往的產(chǎn)品生產(chǎn)模式當中，由最初的產(chǎn)品設計直至最終產(chǎn)品被生產(chǎn)出來，這當中存在著諸多的環(huán)節(jié)流程，且過程十分繁雜。如在確定了設計方案以后還要進行模具的制作，這一步驟不但會耗費過多的時間成本，且還會導致資金費用成本的增多，甚至還要關注產(chǎn)品銜接等局部細節(jié)處理問題，這都會導致產(chǎn)品生產(chǎn)周期被延長。而通過應用3D打印技術則能夠直接省去產(chǎn)品的制模環(huán)節(jié)，且可實現(xiàn)一次成型，產(chǎn)品從設計到推出的一整個周期將會被大大縮短。

（三）降低研發(fā)費用

面對當前快速的消費環(huán)境，產(chǎn)品生產(chǎn)也要及時更新，但是大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)必須要依賴于模具制造，而僅就一套模具的成本就十分高昂。若是在模具研發(fā)出來后，產(chǎn)品市場反響不好，很有可能會導致企業(yè)面臨巨大虧損。而通過應用3D打印技術進行新產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)，可生產(chǎn)出少量產(chǎn)品測試市場反應，再根據(jù)市場反饋結(jié)果來決定是否大規(guī)模生產(chǎn)，由此便可為企業(yè)節(jié)約出一大筆的研發(fā)費用。

四、結(jié)語

總而言之，盡管目前3D打印技術仍然存在著設備尺寸較小與可供打印的材料種類有限等問題。但同時也要認識到3D打印技術在當前的產(chǎn)品設計領域內(nèi)已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，利用這一種新型技術手段，可促使有關的產(chǎn)品設計人員能夠突破傳統(tǒng)工藝技術與結(jié)構(gòu)限制，打破固有思維僵局，創(chuàng)新研究出更多新型化的應用產(chǎn)品。同時隨著這一項技術手段的日漸完備，在今后的產(chǎn)品設計領域，也必將會得到更加廣泛的應用。

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作者:張瓏薈 黃勁松 單位:武漢城市職業(yè)學院